本發明涉及一種建筑工程技術領域的多腔鋼管混凝土組合柱結構體系，具體涉及一種用于偏心梁柱連接的三側板節點及裝配方法。

背景技術：

多腔鋼管混凝土組合柱組合結構體系作為一種新型的鋼管混凝土組合柱結構體系解決了住宅體系中柱腳外凸的問題，同時這種新型結構體系充分發揮了鋼管和混凝土兩種材料的長處，具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便等優點。

目前我國《矩形鋼管混凝土結構技術規程》(GECS159：2004)提供的用于鋼管混凝土組合柱鋼梁節點主要由內隔板式、外環板式等形式的節點。但到目前為止，現有技術中鋼管混凝土組合柱與鋼梁節點連接存在以下不足：

(1)內隔板式節點中的內隔板與梁的翼緣在同一水平面內時，節點滿足剛性節點的要求，但這種節點當管柱邊較長時才能使用。因為當邊長較小時不僅焊接困難，而且將妨礙管內混凝土澆筑，另外梁翼緣與內隔板在柱壁同一處兩側熔透焊縫，鋼材產生較大焊接殘余應力，使得節點處的鋼材容易產生分層或脆性破壞。

(2)影響建筑外觀和使用。如外環板節點，該節點施工簡單、傳力明確，并不受鋼管邊長的限制，但需要足夠大的水平環板保證節點的強度，用鋼量比內隔板節點大。并應用于邊角柱時，水平環板不僅妨礙墻板的安裝，而且造成加強環突出建筑立面，使得室內外節點處有凸角，影響觀感，需要靠裝飾或吊頂來解決。

(3)節點力學性能和施工的簡易性、經濟性不能兩全。在實際應用中，有些節點類型力學性能較好，節點的整體剛度也好，但材料用量大，施工復雜。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供了一種用于偏心梁柱連接的三側板節點及裝配方法，通過采用梁端與柱壁緣分離和全高度側板，滿足“強柱弱梁，強節點弱構件”的設計原則，節點構造簡單，傳力明確，裝配程度高。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現。

一種用于偏心梁柱連接的三側板節點，包括設置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側的第一鋼板和第二鋼板，以及設置在多腔鋼管混凝土組合柱的側壁上的第三鋼板，第三鋼板與第一鋼板平行并且位于第一鋼板與第二鋼板之間；鋼梁上翼緣、下翼緣上均設置有耳板，耳板與第一鋼板、第三鋼板相連，鋼梁的腹板兩側對稱設置有連接角鋼。

所述多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設置有相平行的腹板，腹板之間通過隔板連接。

所述第一鋼板、第二鋼板均通過焊縫焊接于多腔鋼管混凝土組合柱上。

所述鋼梁上翼緣頂部沿長度方向設置兩個相平行的耳板，鋼梁下翼緣底部沿長度方向設置兩個相平行的耳板。

所述第三鋼板通過角焊縫焊接于多腔鋼管混凝土組合柱上。

所述第一鋼板、第三鋼板、耳板和連接角鋼上均開設有孔，耳板與第一鋼板、第三鋼板通過高強螺栓相連，連接角鋼與第一鋼板、第三鋼板通過高強螺栓相連。

所述鋼梁為工字鋼梁，并且鋼梁的端部設置有加勁肋。

所述第一鋼板與第三鋼板之間以及第三鋼板與第二鋼板之間均設置有第一加勁肋。

所述第一加勁肋與多腔鋼管混凝土組合柱的側壁間隔設置，并且第一加勁肋頂部和底部均設置有第二加勁肋。

一種用于偏心梁柱連接的三側板節點的裝配方法，將第三鋼板設置在多腔鋼管混凝土組 合柱上，并在鋼板兩側通過焊縫固定第一鋼板和第二鋼板，第三鋼板與第一鋼板平行設置，再于第一鋼板與第三鋼板之間以及第三鋼板與第二鋼板之間設置有第一加勁肋，并在第一加勁肋頂部和底部設置第二加勁肋，得到預制好的多腔鋼管混凝土組合柱；

在鋼梁上翼緣頂部沿長度方向設置2個相平行的耳板，在鋼梁下翼緣底部沿長度方向設置兩個相平行的耳板，在鋼梁的腹板兩側對稱設置有連接角鋼，得到預制好的鋼梁；

然后將預制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運輸到現場，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內，再將預制好的鋼梁吊裝到節點區域，通過高強螺栓將耳板與第一鋼板、第三鋼板相連，通過高強將連接角鋼與第一鋼板、第三鋼板相連，完成裝配。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

(1)本發明通過在組合柱兩側設置第一鋼板和第二鋼板，并于第一鋼板和第一鋼板之間設置第三鋼板，在鋼梁上翼緣和下翼緣上設置耳板，并使耳板與第一鋼板、第三鋼板相連，鋼梁的腹板兩側對稱設置有兩根連接角鋼，完成偏心柱梁節點的裝配，本發明中多腔鋼管混凝土柱與鋼梁雙側板剛性連接節點連接方式以及傳力方式獨特，由于梁端與柱壁分離和全高度側板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統節點的傳力路徑，消除了三軸應力集中，不僅能使塑性鉸由節點處外移到梁上，而且消除了傳統節點柱翼緣撕裂破壞和節點轉動能力對柱腹板薄弱板區的依賴的缺陷。滿足“強柱弱梁，強節點弱構件”的設計及原則。

(2)由于全高度雙側板(即第一鋼板和第二鋼板)的使用，多腔鋼管混凝土組合柱身保持完整性，使得鋼管內混凝土澆筑更加方便，容易保證節點域混凝土的澆筑質量。

(3)由于鋼梁只通過耳板以及連接角鋼將彎矩剪力傳遞給雙側板(即第一鋼板和第二鋼板)，使得鋼梁可以與柱端分離，減少了鋼梁的凈跨，可以一定程度上降低鋼梁的高度，滿足住宅用戶對住宅功能的需求。

(4)本發明的節點裝配化程度高，多腔鋼管混凝土組合柱、鋼板、鋼梁、耳板、第三鋼 板和連接角鋼均可在工廠預制完成，減少安裝的焊接工作量，現場安裝只需定位裝配。節點形式簡單，裝配化程度高，安裝方便快捷。由于現場安裝時避免采用傳統的熔透焊，傳統熔透焊容易使鋼材產生較大焊接殘余應力，使得節點處的鋼材容易產生分層或脆性破壞。

本發明節點現場安裝時全部采用高強螺栓連接，裝配化程度高，節點連接可靠。

進一步的，由于第一鋼板、第二鋼板與鋼管混凝土組合柱只在外柱壁通過焊縫連接，鋼管混凝土內部沒有焊縫，與傳統節點相比，該節點構造簡單，受力合理。

附圖說明

圖1為預制多腔鋼管混凝土組合柱的示意圖；

圖2為預制鋼梁的示意圖。

圖3為本發明的裝配示意圖。

圖4為梁上下翼緣屈服示意圖。

圖5為梁端出現塑性鉸示意圖。

圖6為蓋板破壞示意圖。

圖7為最終破壞示意圖。

圖8為滯回曲線圖。

圖中，1為多腔鋼管混凝土組合柱，2為鋼梁，3為第一鋼板，4為第二鋼板，5為第三鋼板，6為連接角鋼，7為耳板，8為第一加勁肋，9為第二加勁肋。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

參見圖3，本發明包括設置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側的第一鋼板3和第二鋼板4，即2個鋼板設置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側，第一鋼板3和第二鋼板4平行設置，通過焊縫 焊接于多腔鋼管混凝土組合柱上；多腔鋼管混凝土組合柱的側壁上還設置有第三鋼板5，并且第三鋼板5設置在第一鋼板3與第二鋼板4之間，并且第三鋼板5與第一鋼板3平行，第一鋼板3與第三鋼板5之間以及第三鋼板5與第二鋼板4之間均設置有第一加勁肋8，第一加勁肋8與多腔鋼管混凝土組合柱的側壁間隔設置，并且第一加勁肋8頂部和底部均設置有第二加勁肋9。第一鋼板3、第二鋼板4和第三鋼板5通過角焊縫焊接于多腔鋼管混凝土組合柱上。

鋼梁上翼緣頂部沿長度方向設置兩個相平行的耳板7，鋼梁下翼緣底部沿長度方向設置兩個相平行的耳板7。

第一鋼板3、第三鋼板5、耳板7和連接角鋼6上均開設有孔，耳板7與第一鋼板3、第三鋼板5通過高強螺栓相連，連接角鋼6與第一鋼板3、第三鋼板5通過高強螺栓相連。

第二鋼板4的長度小于第一鋼板3的長度。

本發明中鋼梁通過第一鋼板、第三鋼板、耳板連接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側的第一鋼板3的外伸端。

本發明中多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設置有相平行的腹板，腹板之間通過隔板連接，混凝土澆筑其中。

所述鋼梁為工字鋼梁，并且鋼梁與組合柱連接的端部設置有加勁肋。

上述一種用于偏心梁柱連接的三側板節點的裝配方法，參見圖1，預先在鋼板按照設計定位開孔，再將第一鋼板3和第二鋼板4通過焊縫固定在多腔鋼管混凝土組合柱兩側，并且第一鋼板3和第二鋼板4平行，再于多腔鋼管混凝土組合柱的側壁上通過焊縫設置第三鋼板5，第三鋼板5設置在第一鋼板3和第二鋼板4之間，并且與第一鋼板3平行，然后在第一鋼板3與第三鋼板5之間以及第三鋼板5與第二鋼板之間均設置第一加勁肋8，第一加勁肋8與多腔鋼管混凝土組合柱的側壁間隔設置，第一加勁肋8頂部和底部均設置有第二加勁肋9， 得到預制好的多腔鋼管混凝土組合柱；參見圖2，先在鋼梁上翼緣頂部沿長度方向設置兩個相平行的耳板7，鋼梁下翼緣底部沿長度方向設置兩個相平行的耳板7，在鋼梁的腹板兩側對稱設置有兩根連接角鋼6，得到預制好的鋼梁；參見圖3，然后將預制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運輸到現場，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內，再將預制好的鋼梁從上向下或從下向上吊裝到節點區域，通過高強螺栓將耳板7與第一鋼板3、第三鋼板5相連，通過高強螺栓將連接角鋼6與第一鋼板3、第三鋼板5相連，完成裝配。

本發明中可以在工廠預制完成第一鋼板、第二鋼板按照定位焊接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側，并在兩個鋼板之間設置第三鋼板。在工廠內先預制鋼梁、耳板和連接角鋼，然后再于工廠內將耳板按照設計尺寸焊接于鋼梁上翼緣和下翼緣上，再按照設計尺寸在耳板上開設螺紋孔，將連接角鋼按照定位尺寸焊接在鋼梁腹板處，上述過程均是在工廠中提前預制好的，節省了現場制作的不便，提高了效率。現場安裝時，將鋼梁自上而下吊裝定位于節點區域，連接角鋼和多腔鋼管混凝土組合柱兩側的鋼板通過安裝螺絲連接，將耳板與第一鋼板、第三鋼板連接，固定鋼梁的位置。

本發明節點有兩大創新：梁端與柱壁緣分離和全高度側板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統節點的傳力路徑，消除了三軸應力集中，不僅能使塑性鉸由節點處外移到梁上，而且消除了傳統節點柱翼緣撕裂破壞和節點轉動能力對柱腹板薄弱板區的依賴的缺陷。滿足“強柱弱梁，強節點弱構件”的設計及原則。同時節點可以分為2部分分別在工廠預制完成，現場安裝只需簡單裝配，節點構造簡單裝配化程度高。

下面對本發明的破壞模式和節點的抗震性能進行說明。

現以多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁U形剛接節點為列說明新型節點的力學性能。利用ABAQUS軟件對節點進行有限元分析，節點柱為200x600的多腔鋼管混凝土組合柱，梁采用H350x150x6x10的焊接工字鋼，節點處雙側板以及蓋板厚度均與梁翼緣同厚。有限元分析結 果如下。

1.破壞模式

本發明的多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁剛性連接節點，由于采用多腔鋼管混凝土組合柱，鋼管對混凝土有較強的約束作用，柱身整體的承載力以及延性均比較好，實現了強柱弱梁，強節點弱構件的設計要求。本發明的連接節點的破壞順序如圖4-7所示。(1)當水平外力作用時，節點區域梁端上下翼緣首先進入塑性，而蓋板和側板除了少部分應力集中區域屈服外，其余大部分區域鋼材仍處于彈性階段(如圖4所示)。(2)隨著外力增大,梁端先于其他部分首先出現塑性鉸(如圖5所示)，此時蓋板部分區域鋼材屈服進入塑性階段，而側板除少部分應力集中區域外，大部分區域鋼材仍處于彈性階段。(3)由于鋼材材料的強化作用，當外力荷載持續增大時，蓋板兩側與側板連接區域鋼板剪切屈服，鋼材進入塑性發展階段，此時節點側板大部分區域仍處于彈性階段，只有少部分應力集中處鋼板屈服(如圖6所示)。(4)如圖7所示，隨著荷載的不斷增加，結構最終破壞，此時梁端上下翼緣屈曲，而側板仍只有部分進入塑性階段，節點區域的側板大部分仍處于彈性階段。

2.節點的抗震性能

根據抗震概念設計原則，結構應具備多道抗震設防線，避免因部分構件破壞而導致整體體系破壞，同時也要求結構應具備必要的強度、良好的變形能力和耗能能力。本發明的剛性連接節點，采用柱與梁端隔離的方式，通過全高度側板以及蓋板構成的節點連接件來傳遞梁端彎矩以及剪力。

由于上述的破壞順序，當地震作用時，梁端首先出現塑性鉸，消耗一定的地震能量，之后蓋板剪切屈服，進一步耗散地震能量，最終破壞時，節點區域側板只是部分屈服進入塑性，大部分仍處于彈性階段。整體結構滿足“強柱弱梁，強節點弱構件”的設計原則。

延性是指結構或破壞之前，其承載力無顯著降低的條件下經受非彈性變形能力，在結構 的抗震設計中，延性指標是一個重要特性。多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁U形剛接節點的層間位移角為7％—10％，滿足我國規范要求。

當結構處于地震作用時，結構有一個能量吸收和耗散的持續過程。當結構進入彈塑性狀態時，其抗震性能主要取決于構件耗能能力。滯回曲線中加載階段曲線所包圍的面積可以反映結構吸收能量的大小；而卸載時的曲線與加載時曲線所包圍的面積即為耗散能量。這些能量是通過材料的內摩阻或局部損傷而將能量變為熱能散失到空間中去。散失的能量越多，結構破壞的可能性越小。由于上述的節點破壞順序，梁端以及蓋板先后耗散大量地震能量，最終保證節點的具有較好的耗能能力。如圖8所示，節點的滯回曲線飽滿，沒有明顯的捏縮現象，耗散大量地震能量，節點的耗能能力好，具有較強的抗震性能。